DE972658C - Arrangement for keeping the terminal voltage of synchronous generators constant - Google Patents

Description

Anordnung zur Konstanthaltung der Klemmenspannung von Synchrongeneratoren Die bisher verwendeten Anordnungen zur Erregung von Synchronmaschinen weisen gewisse Mängel auf. Sie erfüllen nicht in ausreichendem Maße die Forderung, daß Störungen in dem von der Synchronmaschine gespeisten Netz in kürzester Zeit durch die Wirkung des Reglers beseitigt werden müssen. Bei einem bekannten System zur Erregung der Synchronmaschinen wird beispielsweise der Erregerkreis der Erregermaschine mit einer Zusatzmaschine ausgerüstet, die die Geschwindigkeit der Regelung erhöht, wodurch die Stabilität des Netzes offenbar verbessert wird. Die Wirkung des Reglers wird jedoch bei der Verwendung dieser Erregeranordnung etwas verzögert, da ja die zu dem Erregerkreis gehörenden Maschinen nicht augenblicklich regeln, sondern entsprechend einer gewissen Zeitkonstante. Es ist auch eine Regeleinrichtung bekannt, bei der für die Erregermaschine eine Reihenschlußwicklung und eine Nebenschlußwicklung verwendet werden, wobei die Nebenschlußwicklung von einer durch einen Regler gesteuerten Zusatzmaschine gespeist wird. Die Erregermaschine wird hierbei im wesentlichen durch die Reihenschlußwicklung erreicht. Hierdurch wird zwar eine sehr schnelle Kompensation einer Netzstörung bewirkt, man muß aber dafür eine Erschwerung der Handregelung der Erregermaschine und den Mangel in Kauf nehmen, daß die auf diese Weise erreichbare Spannungserhöhung bei einer plötzlichen starken Belastung der Synchronmaschine nicht ausreicht, die Stabilität des Netzes zu sichern.Arrangement for keeping the terminal voltage of synchronous generators constant The arrangements used to date for exciting synchronous machines have certain Defects on. They do not sufficiently meet the requirement that interference in the network fed by the synchronous machine in the shortest possible time through the effect of the controller must be eliminated. In a known system for exciting the Synchronous machines, for example, the excitation circuit of the excitation machine with a Equipped with additional machine, which increases the speed of the regulation, thereby the stability of the network appears to be improved. The effect of the controller is however, a bit delayed when using this exciter arrangement, since the too Do not regulate machines belonging to the excitation circuit immediately, but rather accordingly a certain time constant. There is also a control device known in which a series winding and a shunt winding are used for the exciter the shunt winding from an auxiliary machine controlled by a regulator is fed. The exciter is here essentially through the series winding achieved. This allows a very quick compensation of a network disturbance causes, but you have to make the manual control of the exciter more difficult and accept the shortcoming that the voltage increase that can be achieved in this way in the event of a sudden heavy load on the synchronous machine not sufficient to ensure the stability of the network.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung der Klemmenspannung von Synchrongeneratoren bei plötzlichen. Laständerungen mit einer Erregermaschine, die sowohl eine Reihenschlußerregerwicklung als auch eine Nebenschlußerregerwicklung aufweist, welch letztere in Reihe mit einer Zusatzmaschine zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft geschaltet ist. Nach der Erfindung ist die Erregung der Erregermaschine so aufgeteilt, daß zwischen 4o und 6o% der für die Erregermaschine erforderlichen Erreger-Amperewindungszahl in der Reihenschlußerregerwicklung und der übrige Teil in der Nebenschlußerregerwicklung erzeugt wird und die die Nebenschlußerregerwicklung beeinflussende Zusatzmaschine von einem an der Netzspannung angeschlossenen Regler gesteuert wird. Es wird dadurch eine genügend kleine Zeitkonstante des Regelkreises erreicht, so daß ein schnelles Ansprechen des Reglers auch bei nur kleinen Regelabweichungen gewährleistet ist. Andererseits ist mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Erregeranordnung eine solche Spannungserhöhung erreichbar, daß auch bei plötzlich auftretenden starken Netzbelastungen eine schnelle Ausregelung der Störung und damit eine Stabilisierung des Netzes sichergestellt ist. Schließlich ist auch eine Handregelung in ausreichendem Maße möglich.The invention relates to an arrangement for keeping the terminal voltage constant of synchronous generators in the event of sudden. Load changes with an exciter, both a series excitation winding and a shunt excitation winding has, the latter in series with an additional machine for generating an electromotive Power is switched. According to the invention, the excitation of the exciter is like this divided that between 4o and 6o% of the exciter ampere-turns required for the exciter in the series excitation winding and the remaining part in the shunt excitation winding is generated and the auxiliary machine influencing the shunt exciter winding is controlled by a controller connected to the mains voltage. It becomes through it A sufficiently small time constant of the control loop is achieved, so that a fast Response of the controller is guaranteed even with only small control deviations. On the other hand, there is one such with the exciter arrangement designed according to the invention Voltage increase achievable that even with suddenly occurring heavy network loads a quick adjustment of the disturbance and thus a stabilization of the network ensured is. Finally, manual control is also possible to a sufficient extent.

Um die Wirkungsweise der bekannten Arten von Erregermaschinen und die Vorteile zu erläutern, die mit Hilfe einer Erregeranordnung gemäß der Erfindung erreicht werden, wird auf die Zeichnung hingewiesen.To the mode of operation of the known types of exciter machines and to explain the advantages with the help of an exciter arrangement according to the invention can be achieved, reference is made to the drawing.

Fig. I zeigt den Verlauf der Erregerspannung bei einer im Wechselstromnetz auftretenden Störung; Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung.Fig. I shows the course of the excitation voltage in an AC network occurring disturbance; Fig. 2 shows schematically an embodiment of the arrangement according to the invention.

In Fig. I bezeichnet E die Spannung an der Feldwicklung der Synchronmaschine und' E, diese Spannung vor dem Auftreten einer Störung. Eine im Augenblick t1 auftretende Störung bewirkt durch die Regelanordnung eine Änderung der Erregerspannung entsprechend einer der gezeigten Kurven, die sich jeweils auf verschiedene Erregeranordnungen beziehen. Die gestrichelte Kurve ergibt sich, wenn die Erregermaschine nur von einem labilen Nebenschlußkreis erregt wird, d. h von einer Nebenschlußwicklung, die die ganze für die Erregermaschine erforderliche AW-Zahl liefert. Die Einwirkung der Zeitkonstanten des Regelsystems ist deutlich sichtbar. Die Erregerspannung steigt zuerst langsam und nimmt darauf mit konstanter Geschwindigkeit zu. Die strichpunktierte Kurve zeigt den Verlauf der Erregerspannung bei einer im wesentlichen reihenschlußmagnetisierten Erregermaschine. In diesem Fall nimmt die Erregerspannung zunächst augenblicklich mit großer Geschwindigkeit zu und erreicht schließlich einen Höchstwert. Die Eigenschaften der Synchronmaschine bei Kurzschluß bestimmen hierbei den Höchstwert der Spannung, der jedoch zu niedrig ist, um die gewünschte rasche Störungsbeseitigung zu erzielen.In FIG. I, E denotes the voltage at the field winding of the synchronous machine and ' E denotes this voltage before a fault occurs. A disturbance occurring at the moment t1 causes the control arrangement to change the excitation voltage in accordance with one of the curves shown, which each relate to different excitation arrangements. The dashed curve results when the exciter is only excited by an unstable shunt circuit, i.e. h from a shunt winding that supplies the entire AW number required for the exciter. The effect of the time constants of the control system is clearly visible. The excitation voltage rises slowly at first and then increases at a constant speed. The dash-dotted curve shows the course of the excitation voltage in an excitation machine that is essentially magnetized in series. In this case, the excitation voltage initially increases instantly at great speed and finally reaches a maximum value. The properties of the synchronous machine in the event of a short circuit determine the maximum value of the voltage, which, however, is too low to achieve the desired quick fault elimination.

Die ausgezogene Kurve zeigt schließlich die Änderung der Spannung bei der erfindungsgemäßen Anordnung. Aus der Kurve geht hervor, daß man unmittelbar bei Einsetzen der Störung eine schnelle Zunahme der Spannung erhält und daß die Zunahmegeschwindigkeit dann langsam absinkt. Die erreichbare Spannung liegt dabei wesentlich höher als bei Reihenschlußerregung der Erregermaschine. Bei der Anordnung, die sich auf die ausgezogene Kurve bezieht, wird die Erregermaschine auf ungefähr 5o% durch eine Reihenschlußwicklung erregt, und der übrige Teil der Erregung wird in einer Nebenschlußwicklung erzeugt, die an eine von dem Regler betätigte Zusatzmaschine angeschlossen ist. Durch Anpassung der Verhältnisse zwischen der Reihen- und Nebenschlußerregung kann der Verlauf der Spannungskurve in ziemlich weiten Grenzen geändert werden.Finally, the solid curve shows the change in voltage in the arrangement according to the invention. The curve shows that one is immediately at the onset of the disturbance there is a rapid increase in tension and that the The speed of increase then slowly decreases. The voltage that can be achieved lies in this significantly higher than with series excitation of the exciter. When arranging which refers to the solid curve, the exciter is on approximately 50% excited by a series winding, and the remainder of the excitation is generated in a shunt winding connected to an auxiliary machine operated by the regulator connected. By adapting the relationships between series and shunt excitation the course of the voltage curve can be changed within fairly wide limits.

In Fig. 2 bezeichnet I eine an das Drehstromnetz angeschlossene Synchronmaschine. Die Erregerwicklung der Maschine ist mit 3 und die Erregermaschine mit 4 bezeichnet. Diese wird teils von einer Reihenschlußwicklung 5 und teils von einer Nebenschlußwicklung 6 erregt. In Reihe mit der letzteren ist eine Zusatzmaschine 7 angeordnet, die beispielsweise aus einem fremderregten Gleichstromgenerator, einem sogenannten Schnellregler, besteht, der von der Wicklung 8 über einen Spannungsregler 9 erregt wird. Dieser wird über einen nicht gezeigten Transformator an zwei Phasen des Drehstromnetzes 2 angeschlossen. Die Wicklungen 5 und 6 der Erregermaschine 4, die zusammen ihre erforderliche AW-Zahl erzeugen, tragen zweckmäßigerweise mit je 4o bis 600/o zu dieser AW-Zahl bei. Indem man die Zusatzmaschine 7 für eine Leistung auslegt, die ungefähr eine Größenordnung größer ist als die für die Nebenschlußwicklung 6 der Erregermaschine erforderliche, kann die letztere für eine so große Erregerleistung, d. h. für eine so kleine Zeitkonstante bemessen werden, daß sie die in der Reihenschlußwicklung auftretenden raschen Vorgänge nicht verzögert. Der Spannungsregler 9 kann irgendeine bekannte Ausführung haben, mit vibrierenden Kontakten, unter Verwendung von einem Widerstand oder einem Transduktor, die alle eine automatische Regelung ermöglichen. Die Anwendung des Erregersystems nach der Erfindung hindert in keiner Weise die Verwendung der Handregelung.In Fig. 2, I denotes a synchronous machine connected to the three-phase network. The excitation winding of the machine is designated with 3 and the excitation machine with 4. This is partly from a series winding 5 and partly from a shunt winding 6 excited. In series with the latter, an additional machine 7 is arranged, for example consists of a separately excited direct current generator, a so-called fast regulator, which is excited by the winding 8 via a voltage regulator 9. This is going over a transformer (not shown) is connected to two phases of the three-phase network 2. The windings 5 and 6 of the exciter 4, which together have their required AW number generate, appropriately contribute 40 to 600 / o each to this AW number. By doing the additional machine 7 is designed for a performance that is approximately one order of magnitude is greater than that required for the shunt winding 6 of the exciter, can the latter for such a large excitation power, i. H. for such a small time constant be dimensioned so that they the rapid processes occurring in the series winding not delayed. The voltage regulator 9 can be of any known design, with vibrating contacts, using a resistor or a transducer, all of which enable automatic control. The application of the excitation system according to the invention in no way prevents the use of manual control.

Im Rahmen der Erfindung sind natürlich gewisse Abänderungen der Anordnung denkbar. So kann es manchmal zweckmäßig sein, daß der Feldstrom der Synchronmaschine aus einer Reihenschlußwicklung der Zusatzmaschine einen Teil ihrer Erregerleistung decken kann.Certain modifications of the arrangement are of course within the scope of the invention conceivable. So it can sometimes be useful that the field current of the synchronous machine from a series winding of the additional machine part of its excitation power can cover.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Konstanthaltung der Klemmenspannung von Synchrongeneratoren bei plötzlichen Laständerungen mit einer Erregermaschine, die sowohl eine Reihenschlußerregerwicklung als auch eine Nebenschlußerregerwicklung aufweist, welch letztere in Reihe mit einer Zusatzmaschine zur Erzeugung einer EMK geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 4o und 6o% der für die Erregermaschine erforderlichen Erreger-AW-Zahl in der Reihenschlußerregerwicklung und der übrige Teil in der Nebenschlußerregerwicklung erzeugt wird und die die Nebenschlußerregerwicklung beeinflussende Zusatzmaschine von einem an der Netzspannung angeschlossenen Regler gesteuert wird. PATENT CLAIMS: i. Arrangement to keep the terminal voltage constant of synchronous generators in the event of sudden load changes with an exciter, the both a series excitation winding and a shunt excitation winding has, the latter in series with an additional machine for generating an EMF is switched, characterized in that between 4o and 6o% for the exciter required number of exciters in the series excitation winding and the rest Part is generated in the shunt exciter winding and which the shunt exciter winding influencing additional machine from a controller connected to the mains voltage is controlled. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmaschine für eine Leistung ausgelegt ist, die um eine Größenordnung größer als die für die Nebenschlußwicklung der Erregermaschine erforderliche ist. 2. Arrangement according to claim I, characterized in that the additional machine is designed for a performance that is an order of magnitude greater than that for the Shunt winding of the exciter is required. 3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmaschine mit einer Erregerwicklung versehen ist, die von dem Erregerstrom der Synchronmaschine durchflossen wird . In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 115 707, 477 118, 643 272; USA.-Patentschriften Nr. I 529 318, 2 Ioo 854; französische Patentschrift Nr. 864929.3. Arrangement according to claim I, characterized in that the additional machine is provided with an excitation winding through which the excitation current of the synchronous machine flows. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 115 707, 477 118, 643 272; U.S. Patent Nos. 1,529,318,200,854; French patent specification No. 864929.